添加剂NAM 对盐碱地棉花产量和氮肥农学利用效率的影响

国艳春，孙显旻，曾路生，李旭霖，柳新伟，宋祥云，崔德杰

（青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛266108）

农业生产中的肥料施用不合理，不仅会导致土壤肥力下降，使肥料的生产效益大为降低，还会造成难以治理的环境污染问题。如何提高肥料的利用率，提高生产效益，降低污染，成为当前亟待解决的问题。

稳定性肥料是在化肥生产中加入抑制剂，抑制剂与肥料混合施用于土壤中， 能延长养分释放时间，提高肥料利用率，减少养分流失，既节约成本，又可减少环境污染，保护生态环境，保证食品安全[1-2]。抑制剂分为脲酶抑制剂、硝化抑制剂、植物源抑制剂和生物硝化抑制剂。 其中应用最广、研究最多的是脲酶抑制剂和硝化抑制剂，生物硝化抑制剂目前应用少，对食品安全还存在很大安全隐患。

NAM（长效复合肥添加剂）是集脲酶抑制剂、硝化抑制剂和磷素活化剂于一体的复合添加剂，可控制氮素的转化，提高土壤磷素和磷肥的有效性和利用率。 前期研究表明， 在减少氮肥20%、 添加NAM 的情况下， 蔬菜各项生长指标与常规施肥处理几乎相当[3]。可见，盐渍土壤中减氮添加NAM 可以达到与常规施肥量同样的效果。 在玉米与小麦上，NAM 也有显著的增效作用。 据王玉峰[4]报道，如果使用适量的氢醌类物质， 会提高生成的氮量，从而增加玉米对氮、磷、钾的吸收量，玉米产量提高9.3%；李晓鸣[5]报道，脲酶抑制剂氢醌与氮磷钾混拌，促进了小麦氮的吸收效率，提高氮肥利用率，明显改善了小麦的产量结构。 NAM 还可以增加玉米的干物质积累量，其处理的吸氮总量、氮肥当季利用率、氮因子生产力、氮肥农艺效率都高于不加脲酶抑制剂处理[6]。 据冯元琦等[7]的报道，NAM 低毒，对人畜和作物安全，在土壤及作物中无残留，当年降解率达75%；土壤中残留量0.077 mg·kg－1，是国际标准100 mg·kg－1的1/1 299。

当前利用NAM 开发的肥料产品没有针对区域土壤的N、P、K、微量元素现状和不同作物的需肥特征进行构建，降低了经销商推广和农民应用本类肥料产品的积极性，影响了此类肥料的大面积应用。 合理开发与作物相适应的稳定性复混肥料产品，达到既省工、省肥，又能增加作物产量的目标，对于提高粮食产量、经济效益和保护区域农村生态环境均具有十分重大的现实意义。

棉花是比较耐盐碱的经济作物，山东省棉花主要分布于环渤海区域的盐渍土地。本项目通过大田试验，研究肥料中添加NAM 对盐渍土壤养分变化和棉花产量的影响， 以期提高盐渍土壤氮肥利用率、减少资源浪费及解决防治施肥不合理等一系列问题，并为NAM 的推广运用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 基本情况

试验于2017 年4 月至11 月，在山东寿光市羊口镇杨家村棉花试验地进行。 土壤为盐渍土，土壤基本理化性质：pH 8.13、电导率501.2 μS·cm－1，有机质含量9.43 g·kg－1、碱解氮含量54.63 mg·kg－1、速效钾含量114.53 mg·kg－1、 速效磷含量7.6 mg·kg－1。 NAM 由中国科学院沈阳应用生态研究所研发提供（灰白色，溶于水，熔点170 ℃，常温下储存稳定，主要成分是脲酶抑制剂、硝化抑制剂和磷活化剂）。

1.2 试验设计与方法

采用小区试验，每小区30 m2，随机排列，3 次重复。 试验设计4 个处理，即不施肥（CK）、常规施肥、常规施肥＋NAM、常规施肥量80%＋NAM。 常规施肥：N、P、K 含量均为15%（质量分数） 的复合肥750 kg·hm－2作基肥，追施尿素225 kg·hm－2。 有NAM 的处理中，所有肥料与NAM 充分混匀，一次性作基肥施入，NAM 按氮素总量的0.7%加入。 各处理棉花生长过程进行常规管理。 棉花成熟期，分小区采集棉花称量，采集植株样品。同时，每小区采集5 个点土壤样品，按0～10 cm、0～20 cm 土层分别采集，分层制成混合土样。土壤风干处理后，过孔径1 mm 的筛用于测定土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷、碱解氮含量，pH，电导率，土壤阳离子交换量（Cation exchange capacity，CEC）和土壤水溶性阴阳离子含量，过孔径2 mm 的筛用于测定交换性Na＋含量。

1.3 测定方法

土壤养分和植株茎秆的养分测定，采用常规分析方法，参考鲍士旦的方法[8]。

CEC 指在一定pH 时，每千克土壤中所含有的全部交换性阳离子的物质的量（cmol）。

碱化度 （Exchange sodium percentage，ESP）指土壤胶体吸附的交换性Na＋占阳离子交换量的百分率。

氮肥农学利用率（kg·kg－1）＝（施氮处理产量－不施氮处理产量）/施氮量；肥料偏生产力（kg·kg－1）＝施肥后所获得的作物产量/ 化肥纯养分的投入量。

1.4 数据分析

用MS Excel 2007 数据处理软件进行图表制作，用SPSS 19.0 统计分析软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 NAM 对棉田盐渍土壤理化性质的影响

在棉花生长的过程中，由于作物的吸收、灌溉淋洗和氨的挥发等作用，土壤养分发生了相应的变化。由表1 可以看出，在常规施肥＋NAM 的土壤中有机质含量高于其他各处理，在0～10 cm 土层中，其有机质含量分别比对照、常规施肥处理和常规施肥80%＋NAM 的处理提高了38.10%、29.01%和7.99%，在10～20 cm 土层中，分别提高了45.98%、23.51%和9.51%。 该处理土壤中的速效钾、速效磷及其他养分含量也高于其他各处理。常规施肥80%＋NAM 处理的土壤有机质、 碱解氮和速效钾等其他养分含量均高于对照， 与常规施肥处理水平相当。说明NAM 具有延长肥效的作用， 能使土壤保持较高的养分含量。 总体来看，0～10 cm 土层的各种养分明显高于10～20 cm 的土层。从表1 分析还可知，化肥施用会带来一定的土壤盐分，使电导率升高。 因此，实践中须减少化肥用量，提高肥料利用效率。各处理间的pH 差异不大，但表层土壤盐渍化程度较高，应加大对该棉田土壤改良的力度。

表1 不同处理下棉田土壤理化性质的变化

2.2 NAM 对棉田盐渍土壤中水溶性阳离子变化的影响

由图1 可以看出，在寿光棉田盐渍土中，钠离子含量最高，其次是钾和钙离子，镁离子含量最低。各处理间Ca2＋和Mg2＋含量差异不显著。 常规施肥＋NAM 处理中Na＋总含量明显低于对照和常规施肥处理。 在0～10 cm 土层中，常规施肥＋NAM处理水溶性Na＋含量比对照和常规施肥处理分别降低了60.92%和48.78%， 常规施肥80%＋NAM处理比二者分别降低了53.50%和39.06%。在10～20 cm 土层中， 常规施肥＋NAM 处理水溶性Na＋含量比对照和常规施肥处理分别降低了55.12%和49.28%， 常规施肥80%＋NAM 处理比二者分别降低了51.15%和44.79%。 说明NAM 可以有效地降低盐渍土壤中的Na＋含量， 起到改良盐渍土的作用。

图1 不同施肥处理土壤中水溶性阳离子的含量

2.3 NAM 对棉田盐渍土壤水溶性阴离子变化的影响

由图2 可以看出， 在寿光棉花地盐渍土中，各处理中硫酸根、碳酸氢根含量相对较高，碳酸根离子含量为0。 其中，常规施肥＋NAM 处理和常规施肥80%添加NAM 处理中HCO3－含量低于对照和常规施肥处理。 在土壤表层（0～10 cm）中，常规施肥＋NAM 处理中的水溶性HCO3－含量比对照和常规施肥处理分别低8.00 mg·kg－1和5.00 mg·kg－1，分别降低了17.78%和11.90%，常规施肥80%＋NAM 处理中的水溶性HCO3－含量比二者分别减少7.00 mg·kg－1和4.00 mg·kg－1， 分 别 降 低 了15.56%和9.52%。 在土壤亚表层（10～20 cm）中，也有相似的规律。 说明NAM 可以有效地降低盐渍土壤中的HCO3－含量，起到改良盐渍土的作用。此外，试验地土壤中的CO32－含量极低， 各处理间Cl－含量无明显差异。

2.4 NAM 对棉花地盐渍土壤碱化度的影响

图2 不同施肥处理土壤中水溶性阴离子的含量

由表2 可以看出， 在寿光棉田盐渍土表层中，常规施肥＋NAM 处理中的交换性Na＋含量低于对照、常规施肥处理，分别降低了38.46%和34.43%。在亚表层（10～20 cm）中，分别降低了19.87%和24.70%。 常规施肥80%＋NAM 处理中的交换性Na＋含量也低于对照、常规施肥处理，在土壤表层（0～10 cm）中，分别降低了26.15%和21.31%。 在亚表层中，分别降低了3.21%和9.04%。 说明施用抑制剂能降低土壤中交换性Na＋含量，有利于改善土壤的通气透水性。 常规施肥＋NAM 处理中的CEC 值高于对照、常规施肥处理和常规施肥80%＋NAM 处理， 在土壤表层中， 分别提高了14.60%、8.26%和1.57%。 在亚表层中，也具有相似的规律。说明施用抑制剂对提高盐渍土壤的保肥性有一定效果。 此外，由表2 可明显看出添加NAM 处理的土壤ESP 值明显低于对照和常规施肥处理， 说明它可以降低盐渍土壤的碱化度， 有利于改良盐渍土壤。

表2 不同处理下的棉田土壤碱化度的变化

2.5 NAM 对棉花植株中N、P、K 含量的影响

测定棉花茎秆内的全氮、全磷、全钾有助于了解植物体内的营养元素，了解棉花对氮磷钾吸收状况，从而确定不同施肥处理对棉花吸收营养元素的影响。

由图3 看出，在寿光棉田盐渍土中，棉花所含全氮量最多， 其次为全钾， 全磷量最少。 常规施肥＋NAM 处理中的棉花含氮量比对照和常规施肥处理分别高5.33 g·kg－1和3.01 g·kg－1。 常规施肥80%＋NAM 处理中的棉花含氮量比对照和常规施肥处理分别高2.73 g·kg－1和0.41 g·kg－1。 棉花全磷、 全钾含量在不同处理中的变化趋势与全氮相似， 常规施肥＋NAM 处理中的含量最高， 对照最低，常规施肥80%＋NAM 处理与常规施肥处理相差不大。 说明在盐渍土中施加NAM 能促进棉花对氮、磷、钾营养元素的吸收。

2.6 NAM 对棉花产量及氮肥农学利用效率的影响

由表3 可以看出， 在寿光棉花地盐渍土中，不施肥（CK）籽棉产量最低，说明肥料是促进作物增产的重要手段[9-10]。常规施肥＋NAM 处理下的籽棉产量显著高于常规施肥处理。 常规施肥80%＋NAM 处理与常规施肥籽棉产量相当， 但具有更高的肥料偏生产力和氮肥农学利用效率。 由此可看出，在添加NAM 的前提下，减少肥料20%的施用量依然能够保证棉花的产量，这对节约肥料用量，提高肥料利用效率，提高经济效益和保护生态环境有重要意义。

图3 不同施肥处理棉花植株中全氮、全磷、全钾的含量

表3 不同处理下籽棉产量、肥料偏生产力及氮肥农学利用效率的变化

3 讨论

添加剂NAM 可有效改善盐碱土壤理化性质。在试验中可知，肥料中添加NAM 处理的土壤养分含量、阳离子交换量等与常规施肥处理相比有一定量增加，而碱化度有一定的降低。 作物的生长需要多种元素综合作用，各元素的含量只有保持在适当的比例范围内才能使其协调生长。阳离子交换量可直接反映土壤可以提供速效养分的量，也能表征土壤保肥能力、缓冲能力的大小[11-12]。 NAM 的添加提高了土壤养分含量和土壤阳离子交换量，使土壤保肥供肥能力有很大提高， 有利于作物产量的提高。同时，NAM 可降低土壤ESP 值， 有利于改良盐渍化土壤。 各处理中0～10 cm 土层大多比10～20 cm 土层含有更高的养分含量， 这是由于施肥时总是把肥料施在土壤表层，经过长时间积累养分含量变高，另外作物根系的吸收也会减少亚表层的土壤养分含量。试验表明，与未施肥的对照比较，施用化学肥料的各处理， 土壤电导率都有一定的增加，说明化肥施用促进盐分的积累， 加重土壤盐渍化程度。因此，在盐渍土壤中更应谨慎施用化肥，减少化肥用量， 提高肥料利用效率。 在化肥中添加NAM是一种行之有效的手段。

NAM 可提高作物产量与氮肥农学利用效率。 NAM 中的脲酶抑制剂通过抑制土壤脲酶活性来延缓尿素水解[13-14]，使土壤中的NH＋4―N 在较长时间内维持较高的水平，提高作物后期的土壤总有效氮供应，从而增加作物吸氮量，进而起到增产效果[15-17]。 硝化抑制剂可以抑制土壤铵态氮向硝态氮转化， 减少硝态氮在土壤中的积累[18]，二者配合使用调节尿素氮的转化过程，能延缓土壤中尿素的水解并使水解后释放出的氨在土壤中得以更多和更长时间的保持[19-21]，获得作物高产。 本试验表明，常规施肥80%＋NAM 棉花产量与常规施肥相当，但提高了肥料偏生产力和氮肥农学利用效率， 减少肥料流失对环境造成的危害，提高了经济效益，保护了农田生态环境，有利于农业可持续发展。……（国艳春，等）添加剂NAM 对盐碱地棉花产量和氮肥农学利用效率的影响

4 结论

添加NAM 可改善土壤中的养分状况，与常规施肥比较，土壤表层土中的有机质增加了29.01%，碱解氮增加了16.36%，速效钾增加了33.08%。 常规施肥＋NAM 处理土壤表层水溶性Na＋含量比对照降低了60.92%，有效抑制交换性Na＋的吸收，降低了碱化度，提高了CEC 含量，改善了土壤盐渍情况。NAM 可以促进棉花对氮磷钾营养的吸收，提高棉花产量，比常规施肥增产6.72%。NAM 可明显提高肥料偏生产力和氮肥农学利用效率，减少氮肥损失。因此，NAM 对改善土壤养分供应和降低盐碱程度有显著功效，既可提高盐碱地棉花产量，又可增加经济与环境效益。